(57)【要約】  【課題】シリコン単結晶を育成している際のシリコン融液表面の温度分布を制御することができ、シリコン融液表面の温度に起因する直径の変動を小さくすることができる単結晶製造装置およびシリコン単結晶の製造方法を実現する。【解決手段】ルツボに収容されたシリコン融液４からシリコン単結晶３を引き上げながら成長させる単結晶製造装置３０において、固液界面周囲近傍の融液面上側に配置され、前記固液界面周囲近傍において融点以下に温度が低下する可能性のある部分のシリコン融液４を加熱する発熱体４０が設けられているものとする。【選択図】図１
2007204332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボに収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させる単結晶製造装置において、
固液界面周囲近傍の融液面上側に配置され、前記固液界面周囲近傍において融点以下に温度が低下する可能性のある部分の前記シリコン融液を加熱する発熱体が設けられていることを特徴とする単結晶製造装置。
【請求項２】
前記発熱体は、平面視して円環状とされ、外径が引き上げされるシリコン単結晶の直径の１．２〜３．０倍であり、かつ、内径が引き上げされるシリコン単結晶の直径の１．０〜１．５倍であることを特徴とする請求項１に記載の単結晶製造装置。
【請求項３】
前記発熱体と前記シリコン融液との距離が、０．１〜１００ｍｍとされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の単結晶製造装置。
【請求項４】
前記発熱体は、平面視して円環状の複数の発熱スリットからなり、各発熱スリットは、前記融液面上における引き上げ軸からの距離の異なる位置に配置されている個別に発熱可能なものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の単結晶製造装置。
【請求項５】
前記発熱スリットの幅が、０．１〜８０ｍｍとされていることを特徴とする請求項４に記載の単結晶製造装置。
【請求項６】
ルツボに収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させるシリコン単結晶の製造方法において、
固液界面周囲近傍の融液面上側に配置された発熱体により、前記固液界面周囲近傍においてシリコン融液の温度が低下する可能性がある部分を加熱しながら前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴とする単結晶製造方法。
【請求項７】
前記発熱体と前記シリコン融液との距離を、０．１〜１００ｍｍとなるように設定することを特徴とする請求項６に記載の単結晶製造方法。
【請求項８】
固液界面が、上に凸の状態で引き上げがおこなわれることを特徴とする請求項６または７に記載の単結晶製造方法。
【請求項９】
Ｇｒｏｗｎ−イン欠陥フリーの単結晶を引き上げることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の単結晶製造方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の単結晶製造装置、または、請求項６から請求項９のいずれかに記載の単結晶製造方法により製造されたことを特徴とする単結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン単結晶を育成している際のシリコン融液表面の温度分布を制御することができ、シリコン融液表面の温度に起因する直径の変動を小さくすることができる単結晶製造装置およびその単結晶製造装置を用いたシリコン単結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン単結晶は、ルツボに収容された多結晶シリコン原料をヒータで加熱してシリコン融液とし、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」と略記する。）によりシリコン融液から引き上げながら成長させることにより製造される。ＣＺ法によって育成されたシリコン単結晶中には、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥と呼ばれる欠陥が結晶育成時に形成され、結晶育成後に得られたシリコン単結晶を評価した場合に検出される。
【０００３】
図１５は、引き上げ速度とシリコン単結晶の結晶長との関係を示したグラフであり、図１６は、図１５に示すように、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。図１５および図１６に示すように、引上げ速度を徐々に低下させながら成長させたシリコン単結晶の縦断面には、Ｒ-ＯＳＦ(Ring - Oxidation induced Stacking Fault)が現われる。Ｒ-ＯＳＦが現われるＯＳＦ発生領域よりも内側（高速で引き上げられた結晶領域）と外側（低速で引き上げられた結晶領域）とでは、結晶育成後に観察されるＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が異なる。高速で引き上げられた結晶領域は、赤外線散乱体欠陥発生領域であり、ＣＯＰ(crystal originated particle) あるいはＦＰＤ（flow pattern defect）ともよばれるボイド欠陥（空孔型欠陥）が検出される。
【０００４】
また、ＯＳＦ発生領域に接する外側には、酸素析出物（ＢＭＤ：Bulk Micro Defect）を形成させることのできる酸素析出促進領域（ＰＶ領域）があり、酸素析出促進領域の低速側には、酸素析出を生じない酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）がある。酸素析出促進領域（ＰＶ領域）、酸素析出抑制領域（ＰＩ領域）は、いずれもＧｒｏｗｎ-ｉｎ欠陥の極めて少ない無欠陥領域である。さらに、無欠陥領域の低速側は、転位を伴う格子間Ｓｉの凝集体が発生し、格子間Ｓｉ欠陥（転位クラスター欠陥）が検出される転位クラスター発生領域である。
シリコン単結晶中のボイド欠陥は、ウェーハの初期の酸化膜耐圧特性の劣化因子である。また、シリコン単結晶中の格子間Ｓｉ欠陥もデバイス特性を劣化させる。そのため、シリコン単結晶の品質特性上、無欠陥領域での結晶育成が望まれる。
【０００５】
これらのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は、シリコン単結晶を成長させるときの引上げ速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）と固液界面近傍の引上げ軸方向の結晶温度勾配Ｇ（℃／ｍｍ）との比であるＶ／Ｇ（ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）値により、その導入量が決定されると考えられている。
すなわち、Ｖ／Ｇ値を所定の値で一定に制御しながらシリコン単結晶の育成を行うことにより、所望の欠陥状態あるいは所望の無欠陥領域を有するシリコン単結晶を製造することが可能となる。
【０００６】
しかしながら、従来のシリコン単結晶の製造方法では、引上げ速度は、育成するシリコン単結晶の直径を制御するパラメーターの一つとしても使用されている。そのため、所望の欠陥領域あるいは所望の無欠陥領域を有するシリコン単結晶を育成する場合、引上げ速度を調節することによりＶ／Ｇ値の制御を行うと同時に直径制御も行わなければならない。したがって、実際に引き上げを行なうときには、図１５に示す実測値のように、Ｖ／Ｇ値の制御を行なうための設定値とはされずに、直径制御のために所定の引き上げ速度マージンとなる範囲内で引上げ速度を変動させる。例えば、無欠陥領域を有するシリコン単結晶を製造する場合、無欠陥結晶を引き上げることのできる引き上げ速度マージン（図１６ではＡからＢの範囲）となる範囲内で引き上げ速度を変動させる。
【０００７】
また、温度勾配の制御性が難しい例として、例えば、特許文献１に記載される技術が開示されている。この公報記載の技術では、結晶中心部の結晶温度勾配Ｇｃ及び結晶周辺部の結晶温度勾配Ｇｅを原料融液の融液面と原料融液面に対向配置された遮熱部材との距離を変更することにより制御して、結晶中心部の温度勾配Ｇｃと結晶周辺部の温度勾配Ｇｅとの差ΔＧ＝｜（Ｇｃ−Ｇｅ）｜が０．５℃／ｍｍ以下となるようにするとともに、引上げ速度Ｖと結晶中心部の温度勾配Ｇｃの比Ｖ／Ｇｃ（ｍｍ２／℃・ｍｉｎ）を所望の欠陥領域を有する単結晶が育成できるように制御する単結晶の製造方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−１５３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した従来の技術においては、シリコン融液表面の温度を制御するという発想がなく融液表面温度制御ができないので、シリコン単結晶を育成している際のシリコン融液表面の温度分布に起因する直径の変動が大きくなる場合があった。しかし、直径制御のために引上げ速度を変動させると、Ｖ／Ｇ値が所望範囲から外れてしまう場合があり、所望の欠陥領域の単結晶が育成できないという問題があった。特に、無欠陥領域を有するシリコン単結晶を製造する場合、引き上げ速度マージンが狭いため、制御が困難で、歩留まりが低かった。
【０００９】
さらに、シリコン融液表面付近の温度がシリコン融点以下に低下してしまった場合には、その部分から固化し始めて、単結晶化そのものが阻害される可能性があった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、シリコン単結晶を育成している際のシリコン融液表面の温度分布を制御することができ、シリコン融液表面の温度に起因する直径の変動を小さくすることができる単結晶製造装置およびその単結晶製造装置を用いたシリコン単結晶の製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意研究を重ね、以下に示すように、シリコン単結晶の直径の変動が生じる原因を解析した。
【００１２】
図７は、従来の単結晶製造装置を示した概略断面図である。図７において符号２０は単結晶製造装置を示している。単結晶製造装置２０のメインチャンバ１内において、シリコン融液４を収容する石英ルツボ５と、石英ルツボ５を保護する黒鉛ルツボ６とがルツボ駆動機構２１によって回転・昇降自在に保持軸１３で支持されている。また、メインチャンバ１の内部にはガス整流筒１１が設けられており、このガス整流筒１１の下部にはシリコン融液４と対向するように遮熱部材１２を設置して、シリコン融液４の表面からの輻射を防止することにより、シリコン単結晶３の上部にシリコン融液４からの輻射が到達しないようにしている。
【００１３】
このような単結晶引上げ装置２０を用いて、以下のようなシリコン単結晶の引き上げ条件でＣＺ法によりシリコン単結晶３を育成している際において、ルツボ内のシリコン融液がどのような状態となっているかを解析するために、シリコン融液の縦断面における流速、流線、等温線を、シミュレーション解析により求めた。ここで、これらのシミュレーションにおいて設定した引き上げ条件は、直胴部の全長にわたってＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥がない結晶領域となる無欠陥結晶を引き上げる条件とした。
【００１４】
その結果を図８〜図１０に示す。図８はシリコン融液の流速ベクトルを示した図であり、図９はシリコン融液の流線を示した図である。図９において、濃淡は便宜上付したもので、淡色の中心と濃色の中心とは、ルツボ内において形成された対流の中心を示している。
また、図１０はシリコン融液の等温線を示した図である。図１０において、等温線の間隔は２Ｋとされており、淡色が低温を示し濃色が高温を示しているもので、図１０における濃淡から、加熱源となるヒータの設けられたルツボの外側である図示右側のほうが、高温となっていることがわかる。また、図１０の左側最上部には、最も淡色である部分があるが、これは、シリコン融点以下の部分領域２６、つまり、固化したシリコン単結晶３となる部分に相当するものである。なお、図８〜図１０では、図面を見やすくするために、石英ルツボ内のシリコン融液の縦断面を石英ルツボの中心軸１５で切断してなる片側部分のみ示した。
【００１５】
図７に示す単結晶引上げ装置２０では、シリコン融液４表面の保温がなされていないか不十分であるため、図１０に示すように、シリコン融液４の表面温度は、メニスカスＭからシリコン単結晶３の径方向外側に向かうにつれて一旦低下しており、低温領域２５が形成されている。この低温領域２５は、上述した固化したシリコン単結晶となる部分領域２６と同等の温度状態、すなわち、シリコン融点程度の温度状態の部分である。
低温領域２５は、シリコン融液４の表面付近に円環状に分布しており、その大きさは、石英ルツボの中心軸１５から石英ルツボ５に向かってシリコン単結晶３の半径Ｒの１．１〜１．５倍の位置に形成されている。低温領域２５よりもシリコン単結晶３の径方向外側に向かう領域では、シリコン融液４の表面温度が上昇しており、上昇方向の安定した温度勾配となっている。
【００１６】
図７に示す単結晶引上げ装置２０において、シリコン単結晶３の育成中に低温領域２５の温度が融点以下になると、育成中のシリコン単結晶３の直径は、太くなりたがる傾向となる。このため、引き上げ速度を上昇させて育成中のシリコン単結晶３の直径が小さくなるように誘導しなければならなくなる。しかしながら、シリコン単結晶３の直径制御のために引上げ速度を変動させると、Ｖ／Ｇ値が所望範囲から外れてしまう場合があり、所望の欠陥領域を有するシリコン単結晶３が育成されない場合があった。
特に、無欠陥領域を有するシリコン単結晶３を育成する場合のように、固液界面付近における単結晶中心での結晶軸線方向の温度勾配Ｇが高く、固液界面付近における単結晶中心での結晶軸線方向の温度勾配の分布差ΔＧが小さく、固液界面が上凸化しやすい引き上げ条件で引き上げた場合、シリコン融液４の表面における低温領域２５がより低温化しやすい。しかし、無欠陥領域を有するシリコン単結晶３を育成する場合、図１６に示すように、引き上げ速度の制御範囲（図１６ではＡからＢの範囲）が非常に狭く、直径制御を行うために引き上げ速度を変動させることは非常に困難である。このため、無欠陥領域を有するシリコン単結晶３を、高い収率で育成することは困難であった。
【００１７】
本発明者は、鋭意研究を重ね、図１０に示すシリコン融液の表面における低温領域２５となる固液界面周囲の領域を加熱することで、固液界面周囲近傍に低温領域２５を生じさせてしまう現象、すなわち、シリコン融液の表面付近における局所的な低温化を緩和できることを見出した。さらに、シリコン融液の表面付近の局所的な低温化を緩和して、シリコン単結晶を育成している際におけるシリコン融液表面の径方向の温度勾配を安定させるように制御することにより、無欠陥結晶等の所望の結晶状態を有するシリコン単結晶を引き上げつつシリコン単結晶の直径の変動を小さくできることを見出した。
【００１８】
すなわち、本発明の単結晶製造装置は、ルツボに収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させる単結晶製造装置において、固液界面周囲近傍の融液面上側に配置され、前記固液界面周囲近傍において融点以下に温度が低下する可能性のある部分の前記シリコン融液を加熱する発熱体が設けられていることを特徴とする。
また、本発明の単結晶製造装置では、前記発熱体は、平面視して円環状とされ、外径が引き上げされるシリコン単結晶の直径の１．２〜３．０倍であり、かつ、内径が引き上げされるシリコン単結晶の直径の１．０〜１．５倍であるものとすることができる。
また、本発明の単結晶製造装置では、前記発熱体と前記シリコン融液との距離が、０．１〜１００ｍｍとされているものとすることができる。
また、本発明の単結晶製造装置では、前記発熱体は、平面視して円環状の複数の発熱スリットからなり、各発熱スリットは、前記融液面上における引き上げ軸からの距離の異なる位置に配置されている個別に発熱可能なものであることを特徴とするものとすることができる。なお、発熱体を、平面視して円環状の複数の発熱スリットからなるものとした場合、発熱体の外径とは、引き上げ軸から最も遠い位置に配置されている発熱スリットの外径のことを意味し、発熱体の内径とは、引き上げ軸から最も近い位置に配置されている発熱スリットの内径のことを意味する。
また、本発明の単結晶製造装置では、前記発熱スリットの幅が、０．１〜８０ｍｍとされているものとすることができる。
本発明の単結晶の製造方法は、ルツボに収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させるシリコン単結晶の製造方法において、固液界面周囲近傍の融液面上側に配置された発熱体により、前記固液界面周囲近傍においてシリコン融液の温度が低下する可能性がある部分を加熱しながら前記シリコン単結晶を引き上げることを特徴とする。
また、本発明の単結晶製造方法では、前記発熱体と前記シリコン融液との距離を、０．１〜１００ｍｍとなるように設定することができる。
また、本発明の単結晶製造方法では、固液界面が、上に凸の状態で引き上げがおこなわれることがある。
また、本発明の単結晶製造方法では、Ｇｒｏｗｎ−イン欠陥フリーの単結晶を引き上げることができる。
本発明の単結晶は、上記のいずれかに記載の単結晶製造装置、または、上記のいずれかに記載の単結晶製造方法により製造されたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の単結晶製造装置においては、ルツボに収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させる単結晶製造装置において、固液界面周囲近傍の融液面上側に配置され、前記固液界面周囲近傍において融点以下に温度が低下する可能性のある部分の前記シリコン融液を加熱する発熱体が設けられているので、シリコン融液の表面における固液界面周囲近傍の領域を加熱することができる。特に、図１０に示した低温領域２５が生じる部分を加熱することができ、結晶成長におおきな影響を及ぼす低温領域２５の生じる現象を緩和し、シリコン融液の表面付近における局所的な低温化を防止することができる。その結果、シリコン単結晶を育成している際におけるシリコン融液表面の径方向の温度勾配を安定させることができる。これにより、無欠陥結晶等の所望の結晶状態を有するシリコン単結晶を引き上げつつ、このシリコン単結晶の直径の変動を小さくすることが可能となる。
【００２０】
また、上述したように、図１０における低温領域２５は、シリコン融液４の表面付近に円環状に分布しており、その大きさは、図７における石英ルツボの中心軸１５から石英ルツボ５に向かってシリコン単結晶３の半径Ｒの１．１〜１．５倍の位置付近に形成される。本発明において、前記発熱体が、平面視して円環状とされ、外径が引き上げされるシリコン単結晶の直径の１．２〜３．０倍であり、かつ、内径が引き上げされるシリコン単結晶の直径の１．０〜１．５倍であるように設定されることにより、発熱体が、低温領域２５が形成される部分のみを加熱することができ、前述の低温化の発生を効果的に防止できる。このように、シリコン融液の局所的な低温化を防止でき、かつ、それ以外の領域（具体的には低温領域よりも外側の表面近傍）のシリコン融液の温度状態をもともとの設定状態を維持することが可能となることで、シリコン融液対流の安定化を図るとともに、融液対流における流れの振動を抑制して、引き上げ速度を安定化することができる。なお、低温化が発生する領域は、図６に示すように、シリコン結晶の１．２から１．５倍の位置に発生するためこの位置を覆うように発熱体が設けられることが好ましい。
【００２１】
発熱体の形状としては、低温領域となる部分を加熱して低温化を防止できればよく、平面視して、低温領域に重なるように幅を持った円環板状、例えば、平面視して円環面で、結晶軸線をとおる鉛直断面のうちルツボの中心から片側の断面の下側が、シリコン融液面と平行とされる直線形状（矩形）とされることが好ましい。より具体的には、ルツボ中心側から外側に向けて上昇するように傾斜した円錐環面、つまり、結晶軸線をとおる鉛直断面のうちルツボの中心から片側の断面がルツボ外側に向けて上昇する直線形状（矩形）とされる形状とされること、あるいは、ルツボ中心側から外側に向けて上昇するように傾斜した放物環面状、つまり、放物線を結晶軸（ルツボ中心軸）周りに回転した形状とされること、あるいは、ルツボ中心側から外側に向けて上昇するように傾斜した球環面状、つまり、円弧を結晶軸（ルツボ中心軸）周りに回転した形状とされること、あるいは、ルツボ中心側から外側に向けて上昇するように傾斜した楕円環面状、つまり、楕円の一部線を結晶軸（ルツボ中心軸）周りに回転した形状とされることができる。
【００２２】
本発明において、前記発熱体と前記シリコン融液面との距離が、０．１〜１００ｍｍ程度、より好ましくは１〜５０ｍｍ程度とされていることにより、発熱体がシリコン融液と接触して単結晶引き上げに悪影響を及ぼすことや、シリコン融液からの輻射が発熱体で反射されないで、前記発熱体と前記シリコン融液との間から外部に放射されてしまうことがなく、シリコン融液の局所的な低温化を防止して、シリコン融液対流の安定化を図るとともに、シリコン融液対流における流れの振動が発生することを抑制して、引き上げ速度を安定化することができる。
発熱体とシリコン融液との距離が、０．１ｍｍ未満であると、チャンバ内に導入される不活性ガスなどのガスの流れに支障をきたす虞が生じる。また、発熱体とシリコン融液との距離が、１００ｍｍを越えると、発熱体による加熱効果が十分に得られなくなる。
なお、前記発熱体と前記シリコン融液面との距離とは、発熱体が円環状とされている場合には、発熱体下面とシリコン融液面との距離とされ、それ以外の凹凸を有する発熱体の場合には、発熱体の下端部とシリコン融液面との距離が上記の範囲に設定されることになる。
【００２３】
さらに、前記発熱体を、平面視して円環状の複数の発熱スリットからなり、これらが引き上げ中心に対して同心状に配置されるものとし、各発熱スリットが、前記融液面上における引き上げ軸からの距離の異なる位置に配置されている個別に発熱可能なものとすることで、融液面上における引き上げ軸からの距離に対応する所定の領域のみ加熱することができる。このため、引き上げ条件などよって異なる融液面上の加熱したい領域の範囲や位置に合わせて、必要な領域のみ効率よく加熱することができる。
また、発熱体を、平面視して円環状の複数の発熱スリットからなるものとした場合、隣り合う発熱スリットとの間がチャンバ内に導入される不活性ガスなどのガスの流路となるので、充分なガス流量を維持したい場合などにも、好適なチャンバ内状態の維持と、シリコン融液面の加熱による局所的低温化発生防止とを同時に実現できる。
【００２４】
さらに、発熱スリットの幅は、０．１〜８０ｍｍとされていることが望ましく、０．１ｍｍ未満であると、ガスが流動し難いため好ましくない。また、発熱スリットの幅が８０ｍｍを越えると、発熱体として複数の発熱スリットを用いることができなくなる場合があり、周方向の温度の均一性が悪くなる。
【００２５】
本発明の単結晶の製造方法においては、固液界面周囲近傍の融液面上側に配置された発熱体により、前記固液界面周囲近傍においてシリコン融液の温度が低下する可能性がある部分を加熱しながら前記シリコン単結晶を引き上げるので、シリコン融液の局所的な低温化を防止することができる。よって、シリコン融液対流の安定化を図るとともに、融液対流における流れの振動を抑制して、引き上げ速度を安定化し、直胴部の全長にわたってＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のない状態の単結晶を安定して引き上げることが可能となる。
【００２６】
本発明は、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のない状態の単結晶を引き上げる条件として、前記固液界面が、上に凸の状態で引き上げがおこなうことができ、これによって、直胴部の全長にわたってＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥フリーのシリコン単結晶を安定して引き上げることが可能となる。
本発明のシリコン単結晶またはシリコンウェーハは、上記のいずれかに記載の単結晶製造装置、または、上記のいずれかに記載の単結晶製造方法により製造されたことができる。
【００２７】
また、本発明の単結晶製造装置は、ルツボに収容されたシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げながら成長させる単結晶製造装置において、メニスカス近傍に配置され、前記メニスカス近傍の前記シリコン融液を加熱する発熱体が設けられていることを特徴とする。
このような単結晶製造装置では、シリコン融液の表面における低温領域が形成される領域が加熱され、低温領域の低温化を緩和することができる。このため、シリコン単結晶を育成している際のシリコン融液表面の径方向の温度勾配が安定し、シリコン単結晶を育成している際のシリコン単結晶の直径の変動を小さくすることができる。よって、引き上げ速度の制御が容易となり、Ｖ／Ｇ値の制御が容易となる。さらに、このような単結晶製造装置によれば、発熱体を設けたことにより、シリコン融液の対流を安定させることができるので、Ｖ／Ｇ値の制御を容易とすることができる。
上述した効果は、特に、低温領域２５が低温化しやすく、引き上げ速度の制御範囲が非常に狭い無欠陥領域を有するシリコン単結晶を育成する場合に顕著に得られる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の単結晶製造装置およびシリコン単結晶の製造方法によれば、シリコン融液の表面における低温領域が形成される領域が加熱されて、シリコン単結晶を育成している際のシリコン融液表面の温度分布が制御されるので、シリコン融液表面の温度に起因する直径の変動を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による単結晶製造装置およびシリコン単結晶の製造方法について詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による単結晶製造装置の概略断面図である。図２（ａ）は、図１に示す単結晶製造装置の一部を拡大して示した拡大図である。図２（ｂ）は、図１に示す単結晶製造装置が備える発熱体を説明するための図であり、シリコン融液に対向する側の面から見た平面図である。なお、図１および図２に示す単結晶製造装置においては、図７に示す単結晶製造装置と同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３０】
図１において符号３０は単結晶製造装置を示している。単結晶製造装置３０のメインチャンバ１内において、シリコン融液４を収容する石英ルツボ５と、石英ルツボ５を保護する黒鉛ルツボ６とがルツボ駆動機構２１によって回転・昇降自在に保持軸１３で支持されている。また、加熱ヒーター７と断熱材８とが、石英ルツボ５、黒鉛ルツボ６を取り囲むように配置されている。また、メインチャンバ１の上部には、育成したシリコン単結晶３を収容し、取り出すための引上げチャンバ２が連接されており、引上げチャンバ２の上部には、引き上げ軸に沿って設けられたワイヤ１４でシリコン単結晶３を回転させながら引上げる引上げ機構（図示略）が設けられている。
【００３１】
また、メインチャンバ１の内部には、シリコン融液４からシリコン単結晶３への放射を遮断するとともにメインチャンバ１内のガスを整流するためのガス整流筒１１が設けられており、このガス整流筒１１の下部には、シリコン融液４と対向するように遮熱部材１２が設置され、シリコン融液４の表面からの輻射をカットするとともにシリコン融液４の表面を加熱するようにしている。
また、図２（ａ）に示すように、単結晶製造装置３０のメニスカスＭ近傍には、メニスカスＭ近傍のシリコン融液４における低温化が発生しやすい部分を加熱する発熱体４０が配置されている。図２（ｂ）に示すように、発熱体４０は、引き上げられるシリコン単結晶３の周囲を取り囲む円環状とされている。
【００３２】
図２（ｂ）に示すように、発熱体４０は、支持部材４０ａと、２本の発熱線４０ｂ、４０ｂと、引き上げ軸に対して対称に配置された１対の電極３５、３５とからなる。支持部材４０ａは、発熱線４０ｂ、４０ｂおよび電極３５、３５を支持し、発熱体４０の平面形状を規定するものである。また、発熱線４０ｂ、４０ｂおよび電極３５、３５は、図２（ｂ）に示すように、支持部材４０ａのシリコン融液に対向する側の面に設けられている。２本の発熱線４０ｂ、４０ｂは、電極３５、３５をつなぐ直線に対して対称な形状であり、それぞれ一方の電極から他方の電極まで連続して設けられ、電極３５、３５と電気的に接続されている。また、各発熱線４０ｂ、４０ｂは、支持部材４０ａの径方向に所定の角度毎に設けられた径方向線４０ｃと、支持部材４０ａの内縁または外縁に沿って設けられ、径方向線４０ｃを接続する周方向線４０ｄとからなる。
【００３３】
発熱線４０ｂの厚みは、0.01〜100ｍｍとされることが望ましく、0.01ｍｍ未満であると、加熱中劣化より中断し易いため好ましくない。また、100ｍｍを越えると、シリコン融液４の表面と遮熱部材１２との間にガス流動し難くなり、シリコン融液４の表面からの酸素放出量のばらつきが生じる可能性があり、引き上げた結晶中の酸素濃度の制御が出来なくなるため好ましくない。
また、発熱線４０ｂの太さは、0.01〜100ｍｍとされることが望ましく、０．０１ｍｍ未満であると、加熱中劣化より中断し易いため好ましくない。また、100ｍｍを越えると、シリコン融液４の表面と遮熱部材１２との間にガス流動し難くなり、シリコン融液４の表面からの酸素放出量のばらつきが生じる可能性があり、引き上げた結晶中の酸素濃度の制御が出来なくなるため好ましくない。
【００３４】
支持部材４０ａとしては、カーボン、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン単結晶、シリコン多結晶、炭素繊維等からなるものを用いることができる。
また、発熱線４０ｂとしては、カーボン、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン単結晶、シリコン多結晶、炭素繊維等からなるものを用いることができる。
支持部材４０ａおよび発熱線４０ｂは、同じ材質であってもよいし、別の材質であってもよい。なお、支持部材４０ａとして導電性を有するものを用いる場合、支持部材４０ａを発熱線４０ｂとともに発熱させてもよいし、支持部材４０ａと発熱線４０ｂとの間に絶縁層を設けることにより発熱線４０ｂのみ発熱させてもよく、所定の発熱量が得られればよい。
【００３５】
図２（ｂ）に示すように、発熱体４０の外径Ｄは、引き上げされるシリコン単結晶３の直径Ｄ０の１．２〜３．０倍とされ、１．５〜２．５倍とされることが望ましい。また、発熱体４０の内径ｄは、引き上げされるシリコン単結晶の直径Ｄ０の１．０〜１．５倍とされ、１．０〜１．２倍とすることが望ましい。
発熱体４０の厚みｔは、輻射率が０．３を越える場合には、０．１〜１００ｍｍとすることが望ましく、１〜５０ｍｍとすることがより望ましい。また、発熱体４０の厚みｔは、輻射率が０．３以下の低輻射率である場合には、０．０１〜１００ｍｍとされることが望ましく、０．１〜１０ｍｍとすることがより望ましい。
輻射率が０．３を越える発熱体４０としては、例えば、輻射率が０．８程度であるカーボンからなるものを挙げることができる。また、輻射率が０．３以下である発熱体４０としては、モリブデン（Ｍｏ）からなるもの等を挙げることができる。カーボン、モリブデンのいずれにおいても、従来からチャンバ内構造の素材として採用されてきたものであるため、チャンバ内清浄度等に及ぼす影響が図りやすく、好ましい。
【００３６】
電極３５、３５は、図２（ａ）に示すように、ワイヤ３１、３１を介してメインチャンバ１の外部に設けられた発熱体制御装置（図示略）と電気的に接続されている。
発熱体４０に発熱させる熱量は、融液内の対流状態をシュミレーションした結果に基づいて決定され、例えば、５ｋＷ〜２０ｋＷ程度とされ、発熱体４０の支持部材４０ａおよび発熱線４０ｂの材質および形状と、電極に供給される電流とによって制御される。電極に供給される電流は、発熱体制御装置によって制御される。
【００３７】
また、発熱体４０は、タングステン(W)やモリブデン(Mo)及びその合金、又炭素繊維からなるワイヤ３１、３１と、ワイヤ３１、３１の長さを調節する位置調整手段（図示略）とにより上下方向に移動可能に支持され、発熱体４０とシリコン融液４との距離Ｈが所定の距離となるようにされている。発熱体４０と前記シリコン融液４との距離Ｈは、０．１〜１００ｍｍ、好ましくは１〜５０ｍｍとされ、位置調整手段により、シリコン単結晶３の引き上げ中に、シリコン融液４の量の変化に対応させて発熱体４０とシリコン融液４との距離Ｈを所定の距離Ｈに調整することができる。
【００３８】
また、引上げチャンバ２の上部に設けられたガス導入口１０からはアルゴンガス等の不活性ガスを導入でき、引上げ中のシリコン単結晶３とガス整流筒１１との間を通過させた後、遮熱部材１２とシリコン融液４の融液面との間を通過させ、ガス流出口９から排出することができる。
【００３９】
このような単結晶引上げ装置３０を用いて、ＣＺ法によりシリコン単結晶を育成するには、まず、ワイヤ１４に固定された種結晶１６を石英ルツボ５中のシリコン融液４に浸漬し、その後回転させながら静かに引上げて種絞りを形成した後所望の直径まで拡径し、略円柱形状の直胴部を有するシリコン単結晶３を成長させる。
本実施形態においては、シリコン単結晶３の引き上げは、メニスカスＭ近傍に配置された発熱体４０により、シリコン融液４の表面上を加熱して局所的融液低温化を防止しながら行う。また、シリコン単結晶３の引き上げ中に、発熱体４０とシリコン融液４との距離Ｈを位置調整手段により上記範囲に調整する。
【００４０】
位置調整手段の制御は、例えば、ルツボ駆動機構２１を制御する位置制御手段（図示略）に位置調整手段を接続して、以下に示す方法などによって行うことができる。例えば、石英ルツボ５の位置、発熱体４０の位置、ＣＣＤカメラなどで測定したシリコン融液４の融液面の位置、単結晶の引上げ長さ等の情報や、シリコン融液４液面や石英ルツボ５の高さ位置、チャンバ内温度やシリコン融液４の表面温度、ガス流量等の情報が位置制御手段にフィードバックされることにより、シリコン単結晶３の引上げ長さに応じて石英ルツボ５の上下方向の位置及び／または発熱体４０の上下方向の位置をルツボ駆動機構２１及び／または位置調整手段を用いて移動させ、発熱体４０の下端からシリコン融液４の液面までの距離Ｈを制御する。
このようにシリコン単結晶３の引き上げ中に、発熱体４０とシリコン融液４との距離Ｈを調整する位置調整手段を備えることで、シリコン単結晶３の引き上げ中にシリコン融液４の量が変化しても、発熱体４０とシリコン融液４との距離Ｈを所定の距離とすることが可能なものとなり、全結晶成長過程において低温領域の低温化を緩和することができる。
【００４１】
また、発熱体４０とシリコン融液４との距離Ｈを調整可能に支持する位置調整手段を備えていることにより、例えば、ガス流量等の制御をおこなうために、シリコン融液４と遮熱部材１２の下端部との高さ設定状態を変化させる必要がある場合などにも、これらに追従することなく、発熱体４０の高さ状態を独立して所望の状態に設定することができ、上記の範囲に発熱体４０とシリコン融液４の液面との距離を維持することができる。これにより、好適なチャンバ内の状態を維持することと、シリコン融液４の液面加熱による局所的低温化発生防止とを同時に実現することが可能となる。さらに、引き上げにしたがってシリコン融液４の量が変化して、融液内の対流状態に変化が生じた場合などに、遮熱部材１２の位置を考慮することなく、発熱体４０とシリコン融液４との距離を調整して、融液内の対流変化に発熱体４０による加熱状態を追従させることが可能となる。したがって、引き上げ結晶状態に対するより一層の制御が可能となる。
【００４２】
図１およぶ図２に示す発熱体４０を備えた単結晶製造装置では、シリコン融液４の表面における低温領域２５が形成される領域を加熱することにより、シリコン単結晶３を育成している際のシリコン融液４表面の温度分布を制御できるので、シリコン融液４表面の温度に起因する直径の変動を小さくすることができる。
【００４３】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、発熱体４０を遮熱部材１２に一体として支持されているものとすることができる。このような単結晶製造装置とすることで、引き上げ中にシリコン融液４の高さ位置が変化した場合に、遮熱部材１２と一体に高さ位置の変更が可能となる。したがって、シリコン融液４と遮熱部材１２下端部との高さ設定をおこなうことにより、引き上げ中におけるシリコン融液４の高さ位置変化に追従して上記の範囲に発熱体４０とシリコン融液４の液面との距離Ｈを設定しつづけることができ、好ましい加熱状態を維持することができる。
【００４４】
また、上述した実施形態においては、発熱体４０をワイヤ３１で支持したが、上下方向に延在する棒状部材により発熱体４０を支持することもできる。この場合、棒状部材を上下動させることにより発熱体４０を上下動させるものとされる。
【００４５】
また、上述した実施形態を構成する図２（ｂ）に示す発熱体４０に代えて、図１１に示す発熱体４３を用いることができる。図１１は、図１および図２に示す単結晶製造装置が備える発熱体をシリコン融液に対向する側の面から見た平面図である。
図１１に示す発熱体４３は、引き上げられるシリコン単結晶３の周囲を取り囲む円環状とされている。発熱体４３には、発熱体４３の中心に対する角度5°〜180°毎に内縁から外縁に向かう内切り込み４３ａが設けられているとともに、隣り合う内切り込み４３ａの中間となる発熱体４３の中心に対する角度毎に外縁から内縁に向かう外切り込み４３ｂが設けられている。
【００４６】
内切り込み４３ａの幅４３ｃは、1〜500ｍｍとされることが望ましく、1ｍｍ未満であると放電が発生し易いため好ましくない。また、500  ｍｍを越えると、加熱体が劣化し易いため好ましくない。
外切り込み４３ｂの幅４３ｅは、1〜800ｍｍとされることが望ましく、1ｍｍ未満であると放電が発生し易いため好ましくない。また、800ｍｍを越えると、加熱体が劣化し易いため好ましくない。
【００４７】
図１１に示すように、発熱体４３の外径Ｄは、引き上げされるシリコン単結晶３の直径Ｄ０の１．２〜３．０倍とされ、１．５〜２．５倍とされている。また、発熱体４３の内径ｄは、引き上げされるシリコン単結晶の直径Ｄ０の１．０〜１．５倍とされ、１．０〜１．２倍とされている。
【００４８】
発熱体４３としては、カーボン、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン単結晶、シリコン多結晶、炭素繊維等からなる導電性を有するものを用いることができる。なお、シリコン単結晶は、低温時には非導電であるが、1000℃以上になると導電性が得られる。本発明ではシリコン融液４の表面直上の通常1200℃以上となる場所で使用されるため、導電性を有する。
発熱体４３の厚みｔは、輻射率が０．３を越える場合には、０．１〜１００ｍｍとすることが望ましく、１〜５０ｍｍとすることがより望ましい。また、発熱体４３の厚みｔは、輻射率が０．３以下の低輻射率である場合には、０．０１〜１００ｍｍとされることが望ましく、０．１〜１０ｍｍとすることがより望ましい。
輻射率が０．３を越える発熱体４３としては、例えば、輻射率が０．８程度であるカーボンからなるものを挙げることができる。また、輻射率が０．３以下である発熱体４３としては、モリブデン（Ｍｏ）からなるもの等を挙げることができる。カーボン、モリブデンのいずれにおいても、従来からチャンバ内構造の素材として採用されてきたものであるため、チャンバ内清浄度等に及ぼす影響が図りやすく、好ましい。
【００４９】
また、発熱体４３には、引き上げ軸に対して対称に配置された１対の電極３４、３４が設けられている。電極３４、３４は、図２（ａ）に示す例と同様に、ワイヤ３１、３１を介してメインチャンバ１の外部に設けられた発熱体制御装置（図示略）と電気的に接続されている。
発熱体４３に発熱させる熱量は、融液内の対流状態をシュミレーションした結果に基づいて決定され、例えば、５ｋＷ〜２０ｋＷ程度とされ、発熱体４３の材質および形状と、電極に供給される電流とによって制御される。
【００５０】
図１１に示す発熱体４３を備えた単結晶製造装置においても、シリコン融液４の表面における低温領域２５が形成される領域を加熱することにより、シリコン単結晶３を育成している際のシリコン融液４表面の温度分布を制御できるので、シリコン融液４表面の温度に起因する直径の変動を小さくすることができる。
【００５１】
また、図１４（ａ）は、本発明の他の例を説明するための図であり、本発明の単結晶製造装置の一部を拡大して示した拡大図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示す単結晶製造装置が備える発熱体を説明するための図であり、シリコン融液に対向する側の面から見た平面図である。
なお、図１４に示す単結晶製造装置において、図１および図２に示す単結晶製造装置と異なるところは、発熱体と発熱体を支持する棒状部材のみであるので、同じ部材については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５２】
図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示す単結晶製造装置を構成する発熱体４１は、平面視して円環状の複数の発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃからなり、各発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、融液面上における引き上げ軸からの距離の異なる位置に配置されている。また、発熱スリット４１ａと発熱スリット４１ｂとの間および発熱スリット４１ｂと発熱スリット４１ｃとの間は、それぞれ1〜100ｍｍの間隔で離間している。この間隔が1ｍｍ未満であると、発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃを上下動させた場合などに、隣り合う発熱スリットと衝突する危険や放電が生じるため好ましくない。また、この間隔が100ｍｍを越えると、発熱体４１によって十分にシリコン融液４を加熱できない虞が生じる。
【００５３】
また、各発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、個別に棒状部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃに支持されており、棒状部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃを上下動させることにより発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃを個別に上下動させることができるようになっている。各発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃには、それぞれ１対の電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃが設けられており、電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃから供給される電流によって、各発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃが個別に発熱可能とされている。電極３５ａ、３５ｂ、３５ｃは、棒状部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃに一体化された配線（図示略）を介してメインチャンバ１の外部に設けられた発熱体制御装置４４と電気的に接続されている。なお、棒状部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃが導電性を有する材料で形成されている場合、棒状部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃが配線として機能を兼ねてもよい。
【００５４】
各発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃに発熱させる熱量は、融液内の対流状態をシュミレーションした結果に基づいて、それぞれ個別に決定される。また、各発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃに発熱させる熱量は、例えば、５ｋＷ〜２０ｋＷ程度とされ、各発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃの材質および形状と、電極に供給される電流とによって制御される。電極に供給される電流は、発熱体制御装置４４によって制御される。
【００５５】
発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃの厚みは全て同じであっても異なっていてもよく、例えば、0.01〜100ｍｍとされることが望ましい。発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃの厚みが0.01ｍｍ未満であると加熱中に劣化より中断されるため好ましくない。また、100ｍｍを越えると、シリコン融液４の表面と遮熱部材１２との間にガス流動し難くなり、シリコン融液４の表面からの酸素放出量のばらつきが生じる可能性があり、引き上げた結晶中の酸素濃度の制御が出来なくなるため好ましくない。
また、発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃの幅４１ｄは全て同じであっても異なっていてもよく、例えば０．１〜８０ｍｍとされることが望ましい。
【００５６】
発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃとしては、カーボン、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン単結晶、シリコン多結晶、炭素繊維等からなるものを用いることができる。
また、棒状部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃとしては、カーボン、モリブデン（Ｍｏ）、炭素繊維等からなるものを用いることができる。
【００５７】
図１４に示す単結晶製造装置では、発熱体４１を、平面視して円環状の複数の発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃからなるものとし、各発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃを、融液面上における引き上げ軸からの距離の異なる位置に配置され、発熱体制御装置４４に制御させることよって個別に発熱可能なものとしたので、融液面上における引き上げ軸からの距離に対応する所定の領域のみ加熱することができる。このため、引き上げ条件などよって異なる融液面上の加熱したい領域の範囲や位置に合わせて、必要な領域のみ効率よく加熱することができる。
また、各発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃが、個別に棒状部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃに支持されており、棒状部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃを上下動させることにより発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃを個別に上下動させることができる。よって、融液面上に付加する熱量を微調整することが可能となり、シリコン融液４の面上における加熱したい領域を過不足なく加熱できる。
【００５８】
また、発熱体４１を、発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃからなるものとしたので、隣り合う発熱スリットとの間がメインチャンバ１内に導入される不活性ガスなどのガスの流路となるので、充分なガス流量を維持したい場合などにも、好適なメインチャンバ１内状態の維持と、シリコン融液面の加熱による局所的低温化発生防止とを同時に実現できる。さらに、図１４に示す単結晶製造装置では、棒状部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃを上下動させることにより発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃを個別に上下動させることができるので、発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃの形状を変えることなく、ガス流量などに応じて、隣り合う発熱スリット間の間隔を変更することができる。
【００５９】
なお、図１４に示す単結晶製造装置に示すように、棒状部材４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、各発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃに設けられていてもよいが、１つの棒状部材に全ての発熱スリット４１ａ、４１ｂ、４１ｃを一体に支持させてもよい。
【００６０】
「実験例」
図１に示す単結晶引上げ装置３０を用いて、以下に示すシリコン単結晶の引き上げ条件でＣＺ法によりシリコン単結晶３を育成している際のシリコン融液の縦断面における流速、流線、等温線を、シミュレーション解析により求めた。ここでのシリコン単結晶の引き上げ条件は、無欠陥領域を有するシリコン単結晶を育成する条件とされ、その際、
固液界面形状△S−L／△S−L（従来技術）＝１．１００
固液界面近傍結晶中心温度勾配Ｇ／Ｇ（従来技術）＝１．１８０
結晶中心温度勾配分布差△Ｇ／△Ｇ（従来技術）＝０．３
となるように設定した。
ここで、固液界面形状△S−Lとは、図１に示すように、結晶軸方向におけるメインチャンバ１内の底面から固液界面の中心までの距離Ｚｃと、メインチャンバ１内の底面から固液界面の周縁までの距離Ｚｅとの差（Ｚｃ−Ｚｅ）であり、固液界面近傍における結晶中心温度勾配Ｇは、上述した温度勾配Ｇであり、結晶中心温度勾配分布差△Ｇは、引き上げ中にこの温度勾配が変化した割合を示すものであり、上記の値は、それぞれ、図７に示した従来の製造装置によって、図８〜図１０に示す状態で引き上げをおこない、低温領域が発生した際におけるそれぞれの値との比を示すものである。
【００６１】
その結果を図３〜図６に示す。図３は図８に対応し、シリコン融液の流速ベクトルを示した図であり、図４は図９に対応し、シリコン融液の流線を示した図である。図４において、図９と同様、濃淡は便宜上付したもので、淡色の中心と濃色の中心とは、ルツボ内において形成された対流の中心を示している。
また、図５は図１０に対応し、シリコン融液の等温線を示した図である。図５において、等温線の間隔は２Ｋであり、淡色が低温を示し濃色が高温を示している。なお、図３〜図５では、図面を見やすくするために、石英ルツボ内のシリコン融液の縦断面を石英ルツボの中心軸１５で切断してなる片側部分のみ示した。図６は、シリコン融液の表面温度と、シリコン融液の径方向の位置との関係を示したグラフである。なお、図６における径方向の位置は、引き上げされるシリコン単結晶３の直径Ｄ０の位置を１とし、直径Ｄ０の位置から径方向外側に向かう距離を直径Ｄ０に対する割合で示した。
【００６２】
図１に示す単結晶引上げ装置３０では、シリコン融液４の表面温度は、図５および図６に示すように、メニスカスＭからシリコン単結晶３の径方向外側に向かうにつれてわずかに低下して低温領域２５が形成されているもののシリコンの融点温度である１６８５Ｋ以下になることはなく、シリコン単結晶３の直径Ｄ０の位置からシリコン単結晶３の径方向外側に向かう領域では、概ね温度が上昇している。したがって、この図から、本実施形態においては、単結晶成長部分以外において、シリコン融液表面付近でのシリコン融液固化が発生することがないことがわかる。
【００６３】
ここで、図３〜図６に示す本発明の実施形態による結果と、図８〜図１０および図６に示す従来の結果とから両者を比較することにより、本発明の効果について評価した。その結果を表１および以下に示す。
【００６４】
【表１】
2007204332.tif 000003
【００６５】
図５および図６に示す本発明の実施形態による結果を、図１０および図６に示す従来の結果と比較すると、明らかにシリコン融液４の表面における低温領域２５の低温化が緩和され、シリコン単結晶３を育成している際のシリコン融液４表面の径方向の温度勾配が安定している。
また、図３および図４に示す本発明の実施形態による結果を、図８および図９に示す従来の結果と比較すると、シリコン融液４の対流が安定していることがわかる。
【００６６】
また、図６に示す本発明の実施形態および従来の結果から、シリコン融液４の表面の径方向の位置１〜１．５までの範囲における平均温度勾配を求めた。その結果、表１に示すように、従来は下降方向との温度勾配となったが、本発明では上昇方向の温度勾配となった。
【００６７】
また、上述の引き上げ条件でＡＤＣ制御システムで成長速度変動率を制御した場合の従来と本発明のシミュレーション解析を行い、成長速度変動率を求めた。その結果、従来と比較して本発明では引き上げ速度変動率が低下した。なお、ＡＤＣ制御システムとは、引き上げ中の結晶直径をモニターし、結晶径が大きくなると、引き上げ速度を上昇させて結晶径を小さくするように誘導し、逆に結晶径が小さくなると、引き上げ速度を低下させて結晶径を大きくするように誘導する制御システムである。つまり、結晶径方向制御を自動化した際には、本実施形態のような発熱体４０を設けることにより、引き上げ速度の安定化を図ることができる。
【００６８】
また、上述の引き上げ条件で従来と本発明のシミュレーション解析を行い、無欠陥（ピュア）ウェーハ収率を求めた。その結果、従来と比較して本発明では無欠陥ウェーハ（ピュア）収率が高くなった。
なお、無欠陥ウェーハ収率は、以下に示す方法によって求めた。
【００６９】
以下に、ウェーハにおける無欠陥領域の定義及び測定方法を以下に示す。
まず、観察するウェーハ熱表面に膜厚５０ｎｍ±５ｎｍの酸化膜を形成し、その平均酸化膜厚(膜厚モニターを用いた平均膜厚の推定値でも可)を求め、
５（ＭＶ/ｃｍ）・平均酸化膜厚（ｎｍ）/１０
となるようにより所定の電圧を印加するとともに、Ｃｕ溶出前のＭｅＯＨ抵抗を５．３±１ｋΩ（φ３００ｍｍ）としたＣｕ溶出メタノール液によりＣｕデコレーションを行う。
【００７０】
ウェーハの検査面上において、図１２に示すようにリング状に計測領域を設定し、それぞれの領域において欠陥があるかどうかを顕微鏡観察する。
ついで、その結果を図１３に示すように、各領域ごとにまとめる。ここで、図１３における符号５９は欠陥であり、図１３では、各領域中にあった欠陥をＸ軸上に集約した状態を示している。
【００７１】
このような欠陥の存在する領域の面積合計をウェーハの総面積から除き、残った面積をピュア面積（無欠陥面積）とする。
次いで、無欠陥ウェーハ収率として、以下の式より求める。
ピュア（無欠陥領域）収率＝無欠陥面積に対応するウェーハ枚数／払い出す結晶のウェーハ総枚数
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による単結晶製造装置の概略断面図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示す単結晶製造装置の一部を拡大して示した拡大図であり、図２（ｂ）は、図１に示す単結晶製造装置が備える発熱体を説明するための図である。
【図３】図３は、シリコン融液の流速を示した図である。
【図４】図４は、シリコン融液の流線を示した図である。
【図５】図５は、シリコン融液の等温線を示した図である。
【図６】図６は、シリコン融液の表面温度と、シリコン融液の径方向の位置との関係を示したグラフである。
【図７】図７は、従来の単結晶製造装置を示した概略断面図である。
【図８】図８はシリコン融液の流速を示した図である
【図９】図９はシリコン融液の流線を示した図である。
【図１０】図１０はシリコン融液の等温線を示した図である。
【図１１】図１１は、図１および図２に示す単結晶製造装置が備える発熱体をシリコン融液に対向する側の面から見た平面図である。
【図１２】図１２は、欠陥計測領域を示した図である。
【図１３】図１３は、欠陥計測結果を説明するための図である。
【図１４】図１４は、本発明の他の例を説明するための図である。
【図１５】図１５は、引き上げ速度とシリコン単結晶の結晶長との関係を示したグラフである。
【図１６】図１６は、図１５に示すように、引き上げ時の引き上げ速度を徐々に低下させて育成したシリコン単結晶の断面の欠陥分布状態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７３】
１：メインチャンバ、３：シリコン単結晶、４：シリコン融液、５：石英ルツボ、６：黒鉛ルツボ、７：加熱ヒーター、８：断熱材、１１：ガス整流筒、１２：遮熱部材、１３：保持軸、１５：中心軸、２０、３０：単結晶製造装置、２１：ルツボ駆動機構、２５：低温領域、３１：ワイヤ、３４、３５：電極、４０、４１、４３：発熱体、４０ａ：支持部材、４０ｂ：発熱線、４０ｃ：径方向線、４０ｄ：周方向線、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ：発熱スリット、４３ａ：内切り込み、４３ｂ：外切り込み、Ｍ：メニスカス
【図１】
2007204332.tif 000004
【図２】
2007204332.tif 000005
【図３】
2007204332.tif 000006
【図４】
2007204332.tif 000007
【図５】
2007204332.tif 000008
【図６】
2007204332.tif 000009
【図７】
2007204332.tif 000010
【図８】
2007204332.tif 000011
【図９】
2007204332.tif 000012
【図１０】
2007204332.tif 000013
【図１１】
2007204332.tif 000014
【図１２】
2007204332.tif 000015
【図１３】
2007204332.tif 000016
【図１４】
2007204332.tif 000017
【図１５】
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【図１６】
2007204332.tif 000019